張怡典，奚 泉

（九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，九江 332007）

基于CADDS5系統(tǒng)的船舶快速設(shè)計(jì)

張怡典，奚 泉

（九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，九江 332007）

0 引言

隨著信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，船舶行業(yè)已發(fā)生根本性的改變，在保持原有的勞動(dòng)密集、資金密集特點(diǎn)下，已經(jīng)成為一個(gè)技術(shù)密集、信息密集的新型產(chǎn)業(yè)。傳統(tǒng)的船舶制造對(duì)板件、管件等采用人工放樣放出線型、展開，再用樣板進(jìn)行劃線；裝配時(shí)將放好余量的零件按工序逐步修割后再裝配焊接，這樣的加工既費(fèi)工又廢料，精度還不高。現(xiàn)代造船模式的設(shè)計(jì)方式與傳統(tǒng)造船模式不同，其設(shè)計(jì)基本原則應(yīng)在解決“造怎樣的船”的同時(shí)，還解決“怎樣造船”，應(yīng)用成組技術(shù)的制造原理和相似性原理，以及系統(tǒng)工程的統(tǒng)籌優(yōu)化理論，對(duì)“怎樣造船”通過設(shè)計(jì)，進(jìn)行合理規(guī)劃，以適應(yīng)建立現(xiàn)代造船模式所形成的獨(dú)特的生產(chǎn)作業(yè)體系進(jìn)行組織生產(chǎn)的要求[1]。隨著船舶市場(chǎng)愈來愈激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期越來越短，設(shè)計(jì)深度越來越深。為了更好、更快地保證船舶產(chǎn)品質(zhì)量，滿足設(shè)計(jì)管理與生產(chǎn)管理對(duì)產(chǎn)品信息的需求，快速設(shè)計(jì)技術(shù)與方法應(yīng)運(yùn)而生，逐漸應(yīng)用于船舶制造業(yè)。

1 CADDS5系統(tǒng)

90年代中后期，國(guó)際先進(jìn)的造船軟件如CADDS5系統(tǒng)開始引進(jìn)應(yīng)用，它是一種CAD/CAM軟件，集成了很多技術(shù)先進(jìn)的模塊，可以加快設(shè)計(jì)速度，提高用戶的生產(chǎn)效率?？捎糜诋a(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)。CAD/CAM技術(shù)的深入應(yīng)用為推進(jìn)集成制造技術(shù)提供了信息源頭，使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)準(zhǔn)備周期在設(shè)計(jì)深度不斷加大的情況下不斷縮短，大大縮短了船舶產(chǎn)品的整個(gè)建造周期，CIMS的應(yīng)用使產(chǎn)品制造和管理信息集成，從而能夠?qū)崿F(xiàn)制造信息高度共享和企業(yè)制造資源優(yōu)化，全面提高企業(yè)運(yùn)行效率。CADDS5造船CAD/CAM系統(tǒng)的應(yīng)用可以說是設(shè)計(jì)改革的第一步，而使這個(gè)系統(tǒng)真正高效率為中國(guó)的造船業(yè)所用也就是實(shí)現(xiàn)基于CADDS5的快速設(shè)計(jì)則是深化設(shè)計(jì)改革的第二步。國(guó)內(nèi)外一些船廠已經(jīng)成功地在造船CAD /CAM系統(tǒng)基礎(chǔ)上完成了船廠的日程計(jì)劃、成本控制、生產(chǎn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)方面的應(yīng)用。

2 快速設(shè)計(jì)

2.1 快速設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

快速設(shè)計(jì)（Rapid Design; RD）也稱快速響應(yīng)設(shè)計(jì)（Rapid Response Design; RRD）、敏捷設(shè)計(jì)(Agile Design)?？焖僭O(shè)計(jì)技術(shù)是當(dāng)前市場(chǎng)在對(duì)產(chǎn)品多樣化、瞬變性等需求的形勢(shì)下提出并發(fā)展起來的。

產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)是一種新的哲理，與計(jì)算機(jī)集成制造（CIM），精良工程（LP），并行工程（CE）和敏捷制造（AM）相比，產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造的主要目的是縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，以及提高企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的快速響應(yīng)能力。產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造將重點(diǎn)放在縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)周期上，尤其是總體結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)方案階段，以提高產(chǎn)品一次開發(fā)成功和快速響應(yīng)市場(chǎng)的能力。產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)階段是降低成本的重要環(huán)節(jié)。制造必須依據(jù)設(shè)計(jì)來進(jìn)行，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)決定了產(chǎn)品的工作原理、結(jié)構(gòu)、尺寸、材料及性能要求等，這些因素都對(duì)產(chǎn)品的成本有很大影響。

2.2 快速設(shè)計(jì)的技術(shù)構(gòu)成

快速設(shè)計(jì)技術(shù)涉及到產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與優(yōu)化技術(shù)、CAD/CAPP/CAE/CAM集成建模、并行工程技術(shù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù) (PDM)、知識(shí)工程與專家系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、價(jià)值工程和生產(chǎn)工程技術(shù)?？焖僭秃吞摂M制造技術(shù)把產(chǎn)品實(shí)體模型引入產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段,使得設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過程中能通過感性認(rèn)識(shí)不斷修正設(shè)計(jì)方案,避免由于設(shè)計(jì)失誤導(dǎo)致返工,進(jìn)而達(dá)到快速設(shè)計(jì)的目的?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)理論是快速設(shè)計(jì)技術(shù)與方法發(fā)展的基礎(chǔ),并行設(shè)計(jì)、系列化模塊化設(shè)計(jì)理論、基于知識(shí)尤其是基于實(shí)例的數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)與方法均已成為快速設(shè)計(jì)技術(shù)與方法的重要組成部分。

3 快速設(shè)計(jì)在船舶設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)

3.1 模塊化設(shè)計(jì)

現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)的復(fù)雜性使任何部門或人員獨(dú)立完成整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)越來越困難，只有將產(chǎn)品劃分為子系統(tǒng)，才能從根本上降低設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，加快產(chǎn)品的發(fā)展。從原有的以產(chǎn)品為單位的設(shè)計(jì)模式，轉(zhuǎn)而采用模塊化的設(shè)計(jì)模式。

CADDS5軟件集成了很多技術(shù)先進(jìn)的模塊，有參數(shù)化建模、非參數(shù)化建模、并行裝配模塊（CAMU)、船體高級(jí)建模（ASM）模塊。例如在進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)和舾裝建模時(shí),很多元件(肘板、補(bǔ)板)具有一定的相似性,完全可以利用船體高級(jí)建模（ASM）模塊進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。在建立標(biāo)準(zhǔn)元件庫的基礎(chǔ)上,編制相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)則,進(jìn)行二次開發(fā)，使船舶元件(肘板、補(bǔ)板)庫的設(shè)計(jì)過程標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，從而加快設(shè)計(jì)進(jìn)程。以下的例子就是800噸油船設(shè)計(jì)時(shí)靴形切口截面庫的建立。

靴形切口截面庫的數(shù)據(jù)格式如下： 〈名稱〉 101〈質(zhì)量〉〈深度〉〈邊偏移〉〈底部偏移〉〈寬度〉〈底半徑〉〈左半徑〉〈右半徑〉

3.2 數(shù)字化設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和CAD技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的過程不僅用于數(shù)據(jù)處理、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)仿真和系統(tǒng)優(yōu)化，而且發(fā)展到動(dòng)態(tài)三維圖形可視化和多媒體虛擬現(xiàn)實(shí)階段；不僅用于產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)及分析評(píng)價(jià)，還用于工藝過程仿真、全面質(zhì)量管理、成本評(píng)估等，使研究開發(fā)和生產(chǎn)準(zhǔn)備周期大幅度縮短，成本下降。例如，圖2是在CADDS5系統(tǒng)管系模塊中將800噸油船甲板上的管子設(shè)計(jì)好后，利用動(dòng)態(tài)仿真、干涉檢查等功能對(duì)實(shí)體之間的干涉進(jìn)行評(píng)估，判斷實(shí)體間的干涉情況，這樣就避免了二維繪圖時(shí)管路的重疊、彎曲、交叉等現(xiàn)象。

圖1 靴形切口數(shù)據(jù)輸入

圖2 管路檢查

3.3 并行設(shè)計(jì)

并行工程的核心內(nèi)容，船舶的并行設(shè)計(jì)方法是基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的，即各類專家通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型進(jìn)行船舶造型、可制造性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、可裝配性等的分析，不同的意見通過網(wǎng)絡(luò)反饋，修改數(shù)據(jù)模型，使異地工作的專家同時(shí)在新的模型上繼續(xù)工作，直至完成所有設(shè)計(jì)任務(wù)[2]。

目前，CSSC總部建立了連接北京、上海、廣州、九江四地的中船企業(yè)網(wǎng)和集團(tuán)公司視頻會(huì)議系統(tǒng)，建立了基于國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)，面向國(guó)內(nèi)外船舶行業(yè)的服務(wù)性網(wǎng)站——中國(guó)造船網(wǎng)，為建立數(shù)字化船舶企業(yè)提供了扎實(shí)的硬件基礎(chǔ)。

CADDS5系統(tǒng)中的并行裝配模塊（CAMU)能夠管理由多個(gè)部件（Part）或子裝配(Subassembly)組成的裝配(Assembly)，可以運(yùn)行在參數(shù)化環(huán)境中，也可以運(yùn)行在非參數(shù)化環(huán)境中，并且還可以在這兩個(gè)環(huán)境中切換。允許多個(gè)用戶同時(shí)工作在同一個(gè)裝配上。當(dāng)用戶在一個(gè)部件中工作時(shí)，同時(shí)能夠檢查看裝配中其他部件的實(shí)例。這樣對(duì)船舶分段的設(shè)計(jì)、裝配帶來了很大的好處，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)同一分段或不同分段同時(shí)設(shè)計(jì)，進(jìn)行成果共享，以下就是由不同設(shè)計(jì)人員進(jìn)行協(xié)作生產(chǎn)的800噸油船的不同分段結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)束語

在快速設(shè)計(jì)和造船生產(chǎn)方面，CADDS5系統(tǒng)提供了很好的一個(gè)研究平臺(tái)，使船舶的初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)等各個(gè)設(shè)計(jì)階段的殼、舾、涂等多個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)在同一數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行并行設(shè)計(jì)，建立產(chǎn)品信息模型，在計(jì)算機(jī)中先“造”一艘“完整的船”，這樣不僅能將實(shí)船生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問題提前發(fā)現(xiàn)和解決，并且還為產(chǎn)品的計(jì)劃管理、生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理等提供了大量信息。為更深入地研究船舶快速設(shè)計(jì)方法提供了依據(jù)。

圖3 CADDS5系統(tǒng)中進(jìn)行裝配的分段結(jié)構(gòu)

[1]茅蓉蓉, 馬曉平, 朱駿. 基于造船CAD /CAM系統(tǒng)的船舶快速設(shè)計(jì)方法[J].江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2007,3.

[2]陸蓓, 張圣坤.虛擬理論在船舶工業(yè)中的應(yīng)用-虛擬船廠[J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2001, 1.

Quick design method of ship based on shipbuilding CADDS5 system

ZHANG Yi-dian, XI Quan

本文首先介紹了快速設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，然后圍繞快速設(shè)計(jì)，對(duì)船舶快速設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的平臺(tái)之一-CADDS5系統(tǒng)進(jìn)行了描述,論述了系統(tǒng)在船舶設(shè)計(jì)數(shù)字化、模塊化和并行工程等方面的優(yōu)勢(shì)，從而體現(xiàn)了船舶快速設(shè)計(jì)的理念。指出在CADDS5系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)船舶快速設(shè)計(jì)對(duì)國(guó)內(nèi)目前的轉(zhuǎn)換造船模式和趕超造船先進(jìn)國(guó)家具有重要的作用。

快速設(shè)計(jì); 模塊; 并行工程

張怡典（1972－），女，副教授，研究方向?yàn)榇半娖鳌?/p>

TH122

A

1009-0134(2011)4(下)-0142-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(下).42

2010-12-20